CN112285755A - 一种寻失无缝定位***及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种寻失无缝定位***及定位方法，该***包括***终端装置和位置服务监测平台，***终端装置包括电源模块、地磁模块、RFID模块、卫星导航模块、惯性导航模块和压力导电模块；电源模块为***终端装置供电；惯性导航模块计算***终端装置实时的位置、速度和航向角度；地磁模块辅助惯性导航模块精确室内寻失定位，检测地磁信号并与地磁指纹库数据做匹配；RFID模块辅助惯性导航模块精确水下寻失定位，检测RFID信号做距离位置测算；卫星导航模块接收卫星信号进行定位；压力导电模块检测判断***终端装置是否位于水下；位置服务监测平台实时监测***终端装置上传的定位数据信息，切换场景定位模式，存储管理分析定位数据并响应报警。

Description

一种寻失无缝定位***及定位方法
技术领域
本发明涉及定位技术领域，具体是一种寻失无缝定位***及定位方法。
背景技术
当下寻失技术主要依赖于全球定位***，***由24颗轨道卫星、地面控制***和用户使用的接收器组成的网络从而对目标实现定位及导航功能。卫星定位的局限性在于定位目标与轨道卫星之间需要保持视距。当定位目标处于室内建筑物中或水下时，无线信号无法与定位目标客户端直接传递，定位准确度则会下降，不能满足室内定位寻失以及落水预警、人员水下定位的需求。另一方面，定位目标的位置数据要求足够的安全考虑，如小孩老人等位置信息必须安全被监测，保证数据安全存储，安全分析。
室内定位技术方法丰富多样，各有其优劣，如超声波定位精度高成本代价大，基站定位操作简单但依赖参考点分布密度等，惯性导航定位数据稳定没有依赖，存在随着时间增加误差会进行累计的问题，对此结合利用地磁定位技术，即在定位空间中建立指纹数据库，并融合惯性导航定位数据，从而在较少成本的考虑下，可以极大地增加定位精确度。
水下寻失以寻失方主动搜救、勘探打捞为主，被寻方往往没有主动发出信号的能力。由此需求，提出给被寻方配置无缝定位***水下模式，当配置检测为水下环境时切换为水下模式，实时发送定位目标的定位信息。
即结合RFID的惯性导航技术并融合卫星导航的定位数据。一旦发生危险，则根据需要主动触发报警，在第一时间报警后搜救方根据位置服务监测平台中定位目标的实时定位地点赶去救援。
发明内容
本发明的目的在于针对当前寻失技术方法单一，寻失效率不能满足短时高效少人力的需求等问题，而提供一种寻失无缝定位***及定位方法。
实现本发明目的的技术方案是：
一种寻失无缝定位***，包括***终端装置和位置服务监测平台，***终端装置包括电源模块、地磁模块、RFID模块、卫星导航模块、惯性导航模块和压力导电模块；
所述电源模块用于为***终端装置供电；
所述惯性导航模块用于计算***终端装置实时的位置、速度和航向角度；
所述地磁模块用于辅助惯性导航模块精确室内寻失定位，检测地磁信号并与地磁指纹库数据做匹配；
所述RFID模块用于辅助惯性导航模块精确水下寻失定位，检测RFID信号做距离位置测算；
所述卫星导航模块用于室外寻失定位，接收卫星信号进行定位；
所述压力导电模块用于检测判断***终端装置是否位于水下；
所述位置服务监测平台用于实时监测***终端装置上传的定位数据信息，切换场景定位模式，存储管理分析定位数据并响应报警。
用上述一种寻失无缝定位***进行定位的方法，包括如下步骤：
1）将***终端装置设置在定位目标上，并将***终端装置初始化；
2）***终端装置的压力导电模块检测***终端装置是否处于水下状态，若为水下状态，RFID模块定位初始位置，惯性导航模块的传感器采集数据，并计算定位目标的实时行进位置；同时RFID模块发射电磁波信号计算定位目标距离，对惯性导航模块的定位数据进行校准修正；当定位目标在水中发生意外，主动触发报警，搜救队根据实时定位前往救援；
3）若***终端装置处于非水下状态，地磁模块进一步检测地磁信号，若地磁信号超出预设的阈值，则判定***终端装置处于室内；若为室内，地磁模块将检测地磁信号并与地磁指纹库中的位置数据进行匹配，确定当前初始定位，当定位目标移动，惯性导航模块中的传感器采集数据，计算定位目标位置，并间隔时间，根据最新位置与地磁指纹库中的数据进行对比，地磁定位结合惯性导航定位两种方法融合结算生成具体定位目标的位置；
4）若***终端装置处于室外，位置服务监测平台将场景切换为室外卫星导航模式，卫星导航模块通过GPS或北斗导航***对定位目标生成精准定位；
5）步骤3）和步骤4）生成的定位数据传输至位置服务监测平台，位置服务监测平台根据接收到的数据进行存储管理不同模块式中的定位数据，并进行分析。
步骤3）中，检测***终端装置是否处于室内，具体方法为当检测到地磁信号强度超出设定的阈值，位置服务监测平台切换为室内模式，使用地磁指纹库匹配惯性导航定位数据得出室内定位的结果数据；当检测到地磁信号数据低于设定的阈值，则根据步骤4）使用室外模式，依据卫星导航***对定位目标进行定位。
所述的惯性导航模块，包括用于测算三轴线性加速度值的三轴加速度计、用于测算三轴角加速度值的三轴陀螺仪，用于测量修正***误差的引入磁力计。
本发明提供的一种寻失无缝定位***及定位方法，该***应用场景多样，在室内外无缝定位获取融合定位数据过程中，没有向外发射能量的过程，隐蔽性高，成本较低，无时间限制，***终端装置体积小、精度高、抗干扰能力极强。
附图说明
图1为一种寻失无缝定位***的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。
一种寻失无缝定位***，包括***终端装置和位置服务监测平台，***终端装置包括电源模块、地磁模块、RFID模块、卫星导航模块、惯性导航模块和压力导电模块；***装置工作原理如图1所示，
所述电源模块用于为***终端装置供电；
所述惯性导航模块用于计算***终端装置实时的位置、速度和航向角度；
所述地磁模块用于辅助惯性导航模块精确室内寻失定位，检测地磁信号并与地磁指纹库数据做匹配；
所述RFID模块用于辅助惯性导航模块精确水下寻失定位，检测RFID信号做距离位置测算；
所述卫星导航模块用于室外寻失定位，接收卫星信号进行定位；
所述压力导电模块用于检测判断***终端装置是否位于水下；
所述位置服务监测平台用于实时监测***终端装置上传的定位数据信息，切换场景定位模式，存储管理分析定位数据并响应报警。
用上述一种寻失无缝定位***进行定位的方法，包括如下步骤：
1）将***终端装置设置在定位目标上，并将***终端装置初始化；
2）***终端装置的压力导电模块检测***终端装置是否处于水下状态，若为水下状态，RFID模块定位初始位置，惯性导航模块的传感器采集数据，并计算定位目标的实时行进位置；同时RFID模块发射电磁波信号计算定位目标距离，对惯性导航模块的定位数据进行校准修正；当定位目标在水中发生意外，主动触发报警，搜救队根据实时定位前往救援；
3）若***终端装置处于非水下状态，地磁模块进一步检测地磁信号，若地磁信号超出预设的阈值，则判定***终端装置处于室内；若为室内，地磁模块将检测地磁信号并与地磁指纹库中的位置数据进行匹配，确定当前初始定位，当定位目标移动，惯性导航模块中的传感器采集数据，计算定位目标位置，并间隔时间，根据最新位置与地磁指纹库中的数据进行对比，地磁定位结合惯性导航定位两种方法融合结算生成具体定位目标的位置；
4）若***终端装置处于室外，位置服务监测平台将场景切换为室外卫星导航模式，卫星导航模块通过GPS或北斗导航***对定位目标生成精准定位；
5）步骤3）和步骤4）生成的定位数据传输至位置服务监测平台，位置服务监测平台根据接收到的数据进行存储管理不同模块式中的定位数据，并进行分析。
步骤3）中，检测***终端装置是否处于室内，具体方法为当检测到地磁信号强度超出设定的阈值，位置服务监测平台切换为室内模式，使用地磁指纹库匹配惯性导航定位数据得出室内定位的结果数据；当检测到地磁信号数据低于设定的阈值，则根据步骤4）使用室外模式，依据卫星导航***对定位目标进行定位。
所述的惯性导航模块，包括用于测算三轴线性加速度值的三轴加速度计、用于测算三轴角加速度值的三轴陀螺仪，用于测量修正***误差的引入磁力计。
实施例1
用一种寻失无缝定位***进行定位的方法，包括如下步骤：
步骤一：***终端装置初始化，经压力导电模块检测到当前***装置位于水下环境，压力导电模块中导电性判定依据为：大气中检测结果不导电，处于水下检测结果则为可导电。压力传感器则根据采集到的压力信号判定为水压环境或非水压环境；
步骤二：位置服务监测服务平台切换为水下模式，RFID模块生成当前初始定位位置，惯性导航模块采集各传感器数据，与RFID模块融合生成当前定位目标水中位置数据发送到位置服务监测平台进行存储及分析。惯性导航模块分别采集三轴陀螺仪、三轴加速度计惯性测量单元及磁力计测量，常用坐标系包括地心惯性系，地球坐标系，地理坐标系，导航坐标系及载体坐标系，具体过程如下：
S1. 姿态更新：采用四元数法解算位置，四元数由一个实数部分和三个虚数部分组成，将载体的三维姿态表示为载体绕固定点的旋转；
S2. 速度位置更新。惯导***速度方程为：
Figure 365307DEST_PATH_IMAGE002
Figure 548027DEST_PATH_IMAGE004
为导载体速度在导航系下的投影，
Figure 796605DEST_PATH_IMAGE006
为重力加速度，
Figure 863919DEST_PATH_IMAGE008
为地球相对i系转动和载体相对e系转动产生的哥氏加速度，
Figure 399330DEST_PATH_IMAGE010
为对地向心加速度，
速度和位置更新信息为：
Figure 690634DEST_PATH_IMAGE012
步骤三：RFID模块生成定位依据是结合RFID信号的接收信号强度，相位等参数，利用定位算法完成距离和方位的计算。
步骤四：水下定位目标发生意外主动触发警报，警报信息传送给位置监测服务平台，平台做出响应。
实施例2
用一种寻失无缝定位***进行定位的方法，包括如下步骤：
步骤一：***装置初始化，经压力导电模块检测到当前***装置位于非水下环境。
步骤二：地磁模块检测到地磁信号超出位置服务监测平台设定的阈值：SG > STh, 位置服务监测服务平台切换为室内模式，由地磁模块生成定位目标的初始定位信息，惯性导航模块采集传感器数据与地磁模块定位数据进行融合解算，生成当前室内定位目标的位置数据发送到位置服务监测平台进行存储及分析。其中地磁模块：使用地磁强度作为地磁的特征量，相关匹配算法采用基于最小距离度量法，利用实测的地磁信息和地磁指纹库的地磁信息之差的最小值作为匹配准则。
实施例3
用一种寻失无缝定位***进行定位的方法，包括如下步骤：
步骤一：***装置初始化，经压力导电模块检测到当前***装置位于非水下环境。
步骤二：地磁模块检测到地磁信号低于位置服务监测平台设定的阈值：SG < STh, 位置服务监测服务平台切换为室外模式，由卫星导航模块生成定位目标的定位信息，并将定位数据发送到位置服务监测平台进行存储及分析。

Claims (4)

1.一种寻失无缝定位***，其特征在于，包括***终端装置和位置服务监测平台，***终端装置包括电源模块、地磁模块、RFID模块、卫星导航模块、惯性导航模块和压力导电模块；
所述电源模块用于为***终端装置供电；
所述惯性导航模块用于计算***终端装置实时的位置、速度和航向角度；
所述地磁模块用于辅助惯性导航模块精确室内寻失定位，检测地磁信号并与地磁指纹库数据做匹配；
所述RFID模块用于辅助惯性导航模块精确水下寻失定位，检测RFID信号做距离位置测算；
所述卫星导航模块用于室外寻失定位，接收卫星信号进行定位；
所述压力导电模块用于检测判断***终端装置是否位于水下；
所述位置服务监测平台用于实时监测***终端装置上传的定位数据信息，切换场景定位模式，存储管理分析定位数据并响应报警。
2.根据权利要求1所述的，所述的惯性导航模块，包括用于测算三轴线性加速度值的三轴加速度计、用于测算三轴角加速度值的三轴陀螺仪，用于测量修正***误差的引入磁力计。
3.用权利要求1所述的一种寻失无缝定位***进行定位的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将***终端装置设置在定位目标上，并将***终端装置初始化；
2）***终端装置的压力导电模块检测***终端装置是否处于水下状态，若为水下状态，RFID模块定位初始位置，惯性导航模块的传感器采集数据，并计算定位目标的实时行进位置；同时RFID模块发射电磁波信号计算定位目标距离，对惯性导航模块的定位数据进行校准修正；当定位目标在水中发生意外，主动触发报警，搜救队根据实时定位前往救援；
3）若***终端装置处于非水下状态，地磁模块进一步检测地磁信号，若地磁信号超出预设的阈值，则判定***终端装置处于室内；若为室内，地磁模块将检测地磁信号并与地磁指纹库中的位置数据进行匹配，确定当前初始定位，当定位目标移动，惯性导航模块中的传感器采集数据，计算定位目标位置，并间隔时间，根据最新位置与地磁指纹库中的数据进行对比，地磁定位结合惯性导航定位两种方法融合结算生成具体定位目标的位置；
4）若***终端装置处于室外，位置服务监测平台将场景切换为室外卫星导航模式，卫星导航模块通过GPS或北斗导航***对定位目标生成精准定位；
5）步骤3）和步骤4）生成的定位数据传输至位置服务监测平台，位置服务监测平台根据接收到的数据进行存储管理不同模块式中的定位数据，并进行分析。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3）中，检测***终端装置是否处于室内，具体方法为当检测到地磁信号强度超出设定的阈值，位置服务监测平台切换为室内模式，使用地磁指纹库匹配惯性导航定位数据得出室内定位的结果数据；当检测到地磁信号数据低于设定的阈值，则根据步骤4）使用室外模式，依据卫星导航***对定位目标进行定位。
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